2. Эпітаксіяльны рост тонкай плёнкі
Падкладка з'яўляецца фізічнай апорай або токаправодным пластом для сілавых прылад Ga2O3. Наступным важным пластом з'яўляецца канальны або эпітаксійны пласт, які выкарыстоўваецца для супраціву напрузе і транспарту носьбіта. Каб павялічыць напружанне прабоя і мінімізаваць супраціўленне праводнасці, неабходна кантраляваць таўшчыню і канцэнтрацыю допінгу, а таксама аптымальную якасць матэрыялу. Высакаякасныя эпітаксіяльныя пласты Ga2O3 звычайна наносяцца з выкарыстаннем малекулярна-прамянёвай эпітаксіі (MBE), металаарганічнага хімічнага асаджэння з пароў (MOCVD), галогеніднага нанясення з пароў (HVPE), імпульснага лазернага нанясення (PLD) і метадаў асаджэння на аснове туману CVD.
Табліца 2. Некаторыя рэпрэзентатыўныя эпітаксіяльныя тэхналогіі
2.1 Метад МБЭ
Тэхналогія MBE вядомая сваёй здольнасцю вырошчваць высакаякасныя плёнкі β-Ga2O3 без дэфектаў з кантраляваным легіраваннем n-тыпу дзякуючы звышвысокаму вакууму і высокай чысціні матэрыялу. У выніку гэта стала адной з найбольш шырока вывучаных і патэнцыйна камерцыялізаваных тэхналогій нанясення тонкіх плёнак β-Ga2O3. Акрамя таго, метад МЛЭ таксама паспяхова падрыхтаваў высакаякасны тонкаплёнкавы пласт гетэраструктуры β-(AlXGa1-X)2O3/Ga2O3 з нізкім утрыманнем легіраў. MBE можа кантраляваць структуру і марфалогію паверхні ў рэжыме рэальнага часу з дакладнасцю да атамнага пласта з дапамогай дыфракцыі электронаў высокай энергіі пры адлюстраванні (RHEED). Аднак плёнкі β-Ga2O3, вырашчаныя з дапамогай тэхналогіі MBE, па-ранейшаму сутыкаюцца са шматлікімі праблемамі, такімі як нізкая хуткасць росту і невялікі памер плёнкі. Даследаванне паказала, што хуткасць росту была ў парадку (010)>(001)>(-201)>(100). Ва ўмовах нязначнага ўтрымання галлію ад 650 да 750 °C β-Ga2O3 (010) дэманструе аптымальны рост з гладкай паверхняй і высокай хуткасцю росту. З дапамогай гэтага метаду была паспяхова дасягнута эпітаксія β-Ga2O3 са сярэднеквадратычнай шурпатасцю 0,1 нм. β-Ga2O3 У асяроддзі, багатым галліем, на малюнку паказаны плёнкі MBE, выгадаваныя пры розных тэмпературах. Кампанія Novel Crystal Technology Inc. паспяхова вырабіла эпітаксіяльным метадам пласціны β-Ga2O3MBE памерам 10 × 15 мм2. Яны забяспечваюць высакаякасныя (010) арыентаваныя монакрышталічныя падкладкі β-Ga2O3 таўшчынёй 500 мкм і XRD FWHM ніжэй за 150 кутніх секунд. Падкладка легіраваная Sn або Fe. Праводзячая падкладка, легаваная Sn, мае канцэнтрацыю легіравання ад 1E18 да 9E18 см−3, у той час як паўізаляцыйная падкладка, легаваная жалезам, мае ўдзельнае супраціўленне вышэй за 10E10 Ом см.
2.2 Метад MOCVD
MOCVD выкарыстоўвае арганічныя злучэнні металаў у якасці матэрыялаў-папярэднікаў для вырошчвання тонкіх плёнак, што дазваляе дасягнуць буйнамаштабнай камерцыйнай вытворчасці. Пры вырошчванні Ga2O3 з выкарыстаннем метаду MOCVD у якасці крыніцы Ga звычайна выкарыстоўваюцца трыметылгалій (TMGa), трыэтылгалій (TEGa) і Ga (фарміят дыпентылгліколя), а ў якасці крыніцы кіслароду - H2O, O2 або N2O. Рост з выкарыстаннем гэтага метаду звычайна патрабуе высокіх тэмператур (>800°C). Гэтая тэхналогія мае патэнцыял для дасягнення нізкай канцэнтрацыі носьбітаў і мабільнасці электронаў пры высокіх і нізкіх тэмпературах, таму яна мае вялікае значэнне для рэалізацыі высокапрадукцыйных прылад харчавання β-Ga2O3. У параўнанні з метадам вырошчвання MBE, MOCVD мае перавагу ў дасягненні вельмі высокіх хуткасцей росту плёнак β-Ga2O3 з-за характарыстык высокатэмпературнага росту і хімічных рэакцый.
Малюнак 7 β-Ga2O3 (010) АСМ-выява
Малюнак 8 β-Ga2O3 Суадносіны паміж μ і супрацівам ліста, вымераным па Холу і тэмпературы
2.3 Метад HVPE
HVPE з'яўляецца развітай эпітаксіяльнай тэхналогіяй, якая шырока выкарыстоўваецца ў эпітаксіяльным вырошчванні паўправаднікоў злучэння III-V. HVPE вядомы сваёй нізкай коштам вытворчасці, хуткай хуткасцю росту і высокай таўшчынёй плёнкі. Варта адзначыць, што HVPEβ-Ga2O3 звычайна дэманструе шурпатую марфалогію паверхні і высокую шчыльнасць паверхневых дэфектаў і ям. Такім чынам, перад вытворчасцю прылады неабходны працэс хімічнай і механічнай паліроўкі. Тэхналогія HVPE для эпітаксіі β-Ga2O3 звычайна выкарыстоўвае газападобныя GaCl і O2 у якасці папярэднікаў для прасоўвання высокатэмпературнай рэакцыі (001) матрыцы β-Ga2O3. На малюнку 9 паказаны стан паверхні і хуткасць росту эпітаксіяльнай плёнкі ў залежнасці ад тэмпературы. У апошнія гады японская кампанія Novel Crystal Technology Inc. дасягнула значнага камерцыйнага поспеху ў галіне гомаэпітаксіяльнага β-Ga2O3 HVPE з таўшчынёй эпітаксіяльнага пласта ад 5 да 10 мкм і памерам пласціны 2 і 4 цалі. Акрамя таго, гомаэпітаксіяльныя пласціны HVPE β-Ga2O3 таўшчынёй 20 мкм вытворчасці China Electronics Technology Group Corporation таксама выйшлі на стадыю камерцыялізацыі.
Малюнак 9 Метад HVPE β-Ga2O3
2.4 Метад PLD
Тэхналогія PLD у асноўным выкарыстоўваецца для нанясення складаных аксідных плёнак і гетэраструктур. У працэсе росту PLD энергія фатонаў злучаецца з матэрыялам мішэні праз працэс эмісіі электронаў. У адрозненне ад MBE, часціцы крыніцы PLD фарміруюцца лазерным выпраменьваннем з надзвычай высокай энергіяй (>100 эВ) і пасля асаджваюцца на нагрэтую падкладку. Аднак у працэсе абляцыі некаторыя часціцы высокай энергіі будуць непасрэдна ўздзейнічаць на паверхню матэрыялу, ствараючы кропкавыя дэфекты і, такім чынам, зніжаючы якасць плёнкі. Падобна метаду MBE, RHEED можна выкарыстоўваць для маніторынгу структуры паверхні і марфалогіі матэрыялу ў рэжыме рэальнага часу падчас працэсу нанясення PLD β-Ga2O3, што дазваляе даследчыкам дакладна атрымліваць інфармацыю аб росце. Чакаецца, што метад PLD дазволіць вырошчваць плёнкі β-Ga2O3 з высокай праводнасцю, што робіць яго аптымізаваным рашэннем для амічных кантактаў у сілавых прыладах Ga2O3.
Малюнак 10 АСМ-выява Ga2O3, легаванага Si
2.5 Метад MIST-CVD
MIST-CVD - гэта адносна простая і эканамічна эфектыўная тэхналогія росту тонкіх плёнак. Гэты метад CVD ўключае рэакцыю распылення распыленага папярэдніка на падкладку для дасягнення тонкай плёнкі. Аднак да гэтага часу Ga2O3, вырашчаны з выкарыстаннем туманнага CVD, усё яшчэ не мае добрых электрычных уласцівасцей, што пакідае шмат месца для паляпшэння і аптымізацыі ў будучыні.
Час публікацыі: 30 мая 2024 г